丹江口水库总氮、氨氮遥感反演及时空变化研究

为定量反演丹江口水库水质指标含量,明晰水质指标的时空分布特征、迁移转化规律,以南水北调中线工程水源地丹江口水库为研究对象,根据哨兵2号卫星（Sentinel-2）遥感影像不同波段组合的反射率,结合2016年2月的采样点总氮（TN）与氨氮（NH₃-N）水质监测数据建立BP神经网络模型,反演2016-2020年TN与NH₃-N含量,以此分析库区TN与NH₃-N含量的时空变化特征,并探析其变化的影响因素。结果表明：构建的BP神经网络模型中TN和NH₃-N的拟合精度均较高,R²分别为0.863和0.877,适用于丹江口水库TN和NH₃-N遥感反演研究。2016-2020年丹江口水库水质整体呈向好趋势,NH₃-N含量保持Ⅰ类水质标准,而TN含量在Ⅲ类与Ⅳ类水质标准之间。研究表明,利用Sentinel-2影像波段所建立的BP神经网络模型,适用于TN与NH₃-N含量的遥感反演,以此分析不同季节适合的反演模型,可以为大型湖泊水生态环境改善及水质监管提供技术支撑。     

马铃薯-燕麦间作对马铃薯氮含量和土壤氮素的影响

为提高氮肥的利用,通过随机区组试验探讨马铃薯单作、3种马铃薯-燕麦间作模式对马铃薯氮含量和土壤氮素的影响,筛选出最优的间作模式。供试材料为青薯9号,以马铃薯单作为对照(IP),设置3种间作模式,比较马铃薯燕麦间作行数比2:2、4:2、4:8(分别标记为P₂O₂、P₄O₂和P₄O₈)对马铃薯植株氮含量、土壤全氮、碱解氮和无机氮含量分布的影响。结果表明,从开花期到成熟期,马铃薯叶、茎的氮含量呈下降趋势,块茎氮含量呈上升趋势;间作处理植株氮含量显著高于单作处理,其中,以间作P₂O₂最佳。3种间作处理在开花期0~20 cm土层的土壤全氮含量均高于单作处理,其中,以间作P₄O₈最佳,达到0.69 g·kg^-1;成熟期相比于花期提高24.6%。开花期间作P₄O₈ 0~20 cm土层的土壤碱解氮含量高于其他3种处理,相比间作P₂O₂提高19.2%,间作P₂O₂成熟期比花期提高41.7%。开花期,单作马铃薯 0~20 cm土层硝态氮含量高于其他间作处理,达到0.82 mg·kg^-1,成熟期相比花期降低了26.8%,但仍高于其他间作处理。开花期,单作马铃薯 0~20 cm土层土壤铵态氮含量也高于其他间作处理,达到0.35 mg·kg^-1,成熟期相比花期降低了2.9%,但仍高于其他间作处理。间作P₄O₈和P₂O₂可以显著提高植株氮、土壤全氮和碱解氮的含量,单作马铃薯土壤硝态氮和铵态氮含量比间作高。这表明,间作条件下矿质态氮在土壤中的残留量少,减少了氮素损失的几率。     

氮肥对大豆结瘤及叶片氮素积累的影响

以3个大豆品种为材料,研究不同施氮水平对大豆结瘤特性及氮素积累的影响。结果表明,种肥高施氮肥水平对不同品种大豆的根瘤形成均有抑制作用,其持续时间长短因品种而异。不同大豆品种叶片氮素积累动态相同,但长生育期品种(东农42)氮素积累峰值期出现时间晚。施用氮肥可提高叶片氮素积累量、拖后氮素积累峰值期。施用氮肥能促进大豆生长,优化产量构成因子,提高大豆产量。     

氮素营养对水稻干物质和氮分配的影响及氮肥需求量

研究了氮素营养对杂交水稻 51 8的干物质和氮素分配的影响,结果表明:在营养生长期高氮肥用量显著增加了叶片干物质重。叶片干物质的分配量随着叶片氮含量的减少而减少。与干物质相比,在营养生长早期叶片氮素的分配量高,并且变化很小。但从幼穗分化开始叶片氮素的分配量可能因叶片、茎和颖穗发育的竞争而显著减少。采用Stanford模型估计和预测了水稻氮肥的需要量,发现Stanford模型可作为我国南方水稻生产施用氮肥的一个实用工具。     

氮肥施用对水稻土氮素赋存形态和硝化作用的影响

氮肥在水稻土中的迁移转化直接关系到土壤氮素的赋存形态进而影响水稻氮肥的利用率.采用室内培养的方法(25℃、60％田间持水量条件下培养56 d),设置6个氮水平(0、100、200、300、400、500 mg· kg-1),研究尿素、硫酸铵在水稻土中的转化规律,明确不同施氮量下尿素和硫酸铵对水稻土壤氮素赋存形态和硝化作用的影响.结果 表明:随着施氮量的增加,土壤NH+-N、NO3-N含量增加,而土壤固定态铵含量、土壤硝化作用呈先增加后减小的趋势,2种肥料均以N3 (300 mgΛkg-1)处理土壤固定态铵含量最高,在培养56 d结束时N2(200 mg·kg-1)处理硝化率最高,分别为56.1％、61.6％.培养结束时NH+-N含量表现为硫酸铵处理高于尿素处理,NO3--N、固定态铵含量表现为尿素处理高于硫酸铵处理;就表观损失而言,尿素处理显著小于硫酸铵处理.在该试验条件下,水稻土壤中一次性施用尿素的适宜用量为200～300 mg· kg-1.     

供氮水平对草莓氮素同化的影响

以水培丰香草莓为试材,对不同供氮水平条件下草莓的氮素同化作了研究。结果表明:随着水培液硝酸盐浓度的提高,NO3--N吸收速率和植株中NO3--N含量逐渐提高,但NO3--N浓度为7.5 mmol/L时硝酸还原酶(NR)活性最高。根系中NR活性显著低于叶片,叶片中NR活性最高可达390 nmolNO2/(g.h FW),根系仅为121.3 nmolNO2/(g.h FW),表明NR活性是制约草莓对硝酸盐响应的关键因素。     

温室网纹甜瓜临界氮浓度和氮营养指数模拟研究

为实现精准的氮营养诊断和指导生产,研究通过4个不同氮素水平处理的温室网纹甜瓜基质栽培试验,构建了临界氮浓度稀释曲线模型,并推导得到了氮素吸收和氮营养指数模型。结果表明:临界氮浓度稀释曲线模型(%N_c=4.235DW~(-0.353)_(max))揭示了植株地上部生物量和氮浓度值之间呈幂函数关系,决定系数R~2=0.814,同时得到最高和最低氮浓度稀释曲线,决定系数分别为R~2=0.808、R~2=0.810;氮素吸收模型和氮营养指数模型对网纹甜瓜营养诊断结果基本一致,植株适宜的氮素施用量为始瓜期前4.1g/株,之后1.3～2.7g/株。本研究提出的临界氮浓度、氮素吸收和氮营养指数模型,相较于传统的经验方法更具有机理性,可为温室网纹甜瓜的氮肥管理决策提供理论依据。     

速效氮与缓控释氮配比一次性侧深施对双季稻产量、氮素利用率及氮素损失的影响

为探究在机插同步一次性侧深施肥作业方式下的速效氮与缓控释氮合理配比,保证水稻产量,提高肥料利用率,降低氮素流失,实现水稻的清洁化生产,采用田间小区试验,设置7个处理,分别为CK:不施肥,T1:农民习惯施肥(施N量早稻150 kg·hm~(-2),晚稻165 kg·hm~(-2)),T2～T6:机插同步一次性侧深施肥(施N量早稻105 kg·hm~(-2),晚稻132 kg·hm~(-2)),其中T2～T6处理的缓控释氮分别占总氮的0%、10%、20%、30%、40%。结果表明:在早稻季,各处理间产量差异不显著;晚稻季,T3～T5处理的产量间差异不显著,T6处理产量显著低于T4和T5处理;与T1处理相比,T2～T6处理的氮肥吸收利用率提高了8.08～14.10(早稻)个和6.68～26.61(晚稻)个百分点。与T2处理相比,早、晚稻T3～T6处理氨挥发累积量分别降低了5.20%～38.20%、29.41%～35.60%,田面水总氮平均浓度下降了20.90%～38.22%、7.39%～29.14%,田面水铵态氮平均浓度降低了26.26%～46.09%、42.57%～45.61%,其中T4处理早、晚稻不减产,肥料吸收利用率达到37.93%(早稻)、61.32%(晚稻),氨挥发累积量、田面水总氮平均浓度和铵态氮平均浓度分别下降37.00%、30.48%、31.88%(早稻),35.58%、12.88%、52.58%(晚稻),综合效果最好。研究表明,在湖南双季稻生产中,采用机插同步一次性侧深施肥作业方式,缓控释氮占总氮的20%较为合适。     

施氮对大豆植株氮素和蛋白质含量的影响

试验采用两个品种,设置3个氮水平,研究了施氮水平对大豆植株氮素含量的影响。结果表明,不同品种对氮肥的反应不同,黑农48的蛋白质含量高于黑农44,黑农44和黑农48的各器官全氮含量变化为:籽粒>叶>茎>叶柄;在N50处理下大豆各器官全氮含量最高;蛋白质含量N50处理最高,N100处理对蛋白质合成有抑制作用,蛋白质含量低于N50处理,N0处理的蛋白质含量最低;黑农48的需氮量高于黑农44,增施适量氮肥能提高大豆氮素含量和蛋白质含量。     

氮肥施用量、施用时期及运筹对水稻氮素利用率影响研究

常规籼稻、杂交籼稻和少数常规粳稻的氮肥利用率呈现随施氮量的增加先上升，至中肥处理达最大，高肥处理显著下降的趋势；不同叶龄追施氮肥的时期与氮肥利用率呈二次曲线关系；前期施氮量占总施氮量的比例与氮肥利用率之间呈显著的抛物线关系。总的来说，氮肥施用量过小过大，氮肥追施过早过迟，氮肥前中后期运筹不合理，水稻的氮素利用率均不高，造成氮肥浪费甚至污染环境。     

氮素调控对寒地玉米氮素积累及产量的影响

通过田间小区试验,研究了不同施氮量及施氮时期对寒地玉米氮素积累及产量的影响。结果表明,不同追肥时期对玉米产量有不同程度的影响,施氮时期以10叶期追肥产量最高,10叶期追肥8叶期追肥12叶期追肥14叶期追肥,10叶期追肥、8叶期追肥与12叶期追肥、14叶期追肥差异显著。10叶期追肥比12叶期追肥增产7.3%,比14叶期追肥期增产9.1%。玉米随生育期的进行,抽雄期后,植株体内氮素由营养器官向生殖器官转移,并且处理150kg·hm-210叶期追肥增产效果明显。与产量规律相一致,施氮量对玉米全株氮素积累影响不显著,10叶期追肥能显著提高玉米抽雄期后全株氮素的积累。结果表明,寒地玉米抽雄期叶片氮素积累量达1.55g·株-1时可获最大产量。     

施氮后蚯蚓对植物吸氮及微生物固氮的影响

为探讨尿素施用后蚯蚓对植物吸氮量及微生物固氮量的影响,通过盆栽试验,以威廉腔环蚓(Metaphire guillelmi)为试验材料,对比有、无蚯蚓作用下15N标记的尿素施入后植物氮素含量的差异及土壤微生物量的变化过程。结果表明:培养结束后对植物进行取样测定,发现不同处理间植株氮含量并无显著差异,但接种蚯蚓的处理增加了植株生物量,进而导致蚯蚓作用下的植株总吸氮量提高了约30.8%。从分配比例上看,接种蚯蚓显著增加了植物吸收土壤氮的比例,却显著降低了植物吸收肥料氮的比例。在整个试验过程中,两处理的全氮(TN)含量均无显著变化,但土壤中来源于肥料的氮却随着培养的进行逐渐降低,且接种蚯蚓使其下降速度更快。微生物生物量氮(M BN)先下降后上升,且接种蚯蚓处理的MBN含量在试验初期(第5d)与试验末期(第30d)较高,但MBN中固定的肥料氮含量始终低于不接种蚯蚓的对照处理。试验过程中,土壤可溶性有机氮(D ON)的含量先下降后上升,与MBN变化趋势一致。与对照处理相比,接种蚯蚓处理的铵态氮(N H4+-N)含量降低,硝态氮(N O-3-N)含量则差异不显著。综上,蚯蚓可通过调节微生物生物量形成氮素缓冲库,从而促进植株对土壤氮而非尿素氮的吸收。     

不同氮肥施用量对再生稻氮素吸收和分配的影响

探讨了不同氮肥施用量对再生稻氮素吸收和分配的影响.结果表明,头季加再生季对促芽促苗氮肥的氮素吸收量与回收率均与促芽促苗氮肥的施用量呈抛物线型相关,吸收量随生育时期的延后而减少;头季稻吸收的促芽促苗氮肥有1/3留存于稻桩,稻桩的氮素积累量也与促芽促苗氮肥施用量呈抛物线型相关,头季收割后即输向再生分蘖,其中以在再生季齐穗前输出最多,对再生分蘖的萌发和生长起了很大的作用;再生季叶片、茎鞘的氮素积累量随促芽促苗氮肥施用量的提高而增加,齐穗以后大量分解转运到穗部,加上稻桩的氮素输出,表观转变率达57%~76%,显示稻桩和营养器官的转化氮是再生季籽粒氮素积累的主要来源;再生季稻谷产量与促芽促苗氮肥施用量呈抛物线型相关,获得最高产量的施氮量(N)为241.3 kg@hm-2.     

施氮量和氮肥运筹模式对糯稻养分吸收积累和氮肥利用率的影响

以渝香糯1号为材料,设0、120、180 kg/hm~2 3个施氮水平(分别记为N_0、N_(120)、N_(180)),2种氮肥运筹模式(基肥与蘖肥的质量比为70%∶30%(A)和基肥、蘖肥与穗肥的质量比为50%∶20%∶30%(B)),于2014年在四川德阳进行施氮量和氮肥运筹模式对糯稻养分吸收积累及氮肥利用率影响的大田试验。结果表明:不同施氮量处理对糯稻氮、磷、钾的吸收量影响显著;采用B种模式,糯稻的氮、磷、钾吸收量均较A种模式的小;与A种模式相比,采用B种模式每生产1 000 kg稻谷,氮、磷、钾需要量分别降低14.1%、10.2%、7.8%;随着施氮量增加,产量呈增加趋势,但氮肥利用率呈下降趋势,不同氮肥运筹模式间糯稻氮肥利用率差异不显著。综合试验结果,糯稻的适宜施氮量为120 kg/hm~2,氮肥运筹模式以基肥、蘖肥与穗肥的质量比50%∶20%∶30%为佳。     

基本苗数和施氮量对水稻氮吸收与利用的影响

以迟熟中粳稻武香粳 9号为材料 ,研究了基本苗和施氮量对水稻氮素吸收与利用的影响。结果表明 ,施氮量增加 ,水稻吸氮量增多 ,但营养器官的氮转运率、氮收获指数和产谷效率显著下降 ;基本苗增加 ,水稻吸氮量也增多 ,而营养器官的氮转运率、氮收获指数、氮素产谷效率和氮肥利用率则明显提高。因此 ,适当增加基本苗是提高水稻氮素利用效率、减少施氮量的有效方法。研究还发现 ,在 8 5t·hm-2 以上的高产条件下 ,10 0kg稻谷需氮量和氮肥利用率基本稳定 ,每生产 10 0kg稻谷需氮量约为 2 1kg ,氮肥利用率在 4 2 %左右。     

氮肥用量优化对甜玉米氮肥吸收利用率及氮循环微生物功能基因的影响

[目的]研究氮肥用量优化对甜玉米氮肥利用率及根际土壤氮循环微生物功能基因的影响,为农业生产中氮肥减施及高效利用提供参考.[方法]在磷、钾肥用量优化一致的基础上,设3个施氮水平:(1)对照,不施氮;(2)常规施氮水平,氮用量420 kg/ha;(3)优化施氮水平,氮用量330 kg/ha.玉米成熟期采集植株样品及土壤样品,采用常规分析、根际土壤高通量测序和功能基因芯片(GeoChip 5.0)技术,对不同氮肥用量处理甜玉米产量、可溶性糖含量、土壤氮肥利用率、细菌群落结构及氮循环功能基因进行分析.[结果]与对照相比,优化施氮水平与常规施氮水平均能显著提高甜玉米鲜苞产量(P<0.05,下同),但二者间无显著差异(P>0.05,下同),优化施氮水平的可溶性糖含量最高(122.2 mg/kg),显著高于常规施氮水平(113.8 mg/kg),氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力也分别较常规施氮水平处理提高8.5%(绝对值)和7.7 kg/kg.9个土壤样品16S rRNA高通量测序共检测到144736个OTUs,分属于46门106纲213目289科404属.优化施氮水平与氮循环相关的固氮菌属Rhodanobacter和Bradyrhizobium的相对丰度高于常规施氮水平,而氨氧化细菌Bryobacter和硝化作用细菌Candidatus_Nitrocosmicus的相对丰度则低于常规施氮水平.采用GeoChip 5.0技术在9个土壤样品中共发现了2752个氮循环基因,分属于8个亚类功能.其中固氮、氨化、硝化、同化氮还原、氮同化和异化氮还原等作用表现为优化施氮水平高于常规施氮水平,除固氮作用外,两个处理间差异显著;氨氧化作用表现为常规施氮水平高于优化施氮水平,但两个处理间差异不显著.[结论]氮肥用量优化有助于调控参与氮循环关键环节的细菌菌属丰度,促进氮循环微生物功能基因的固氮作用和氨化作用,提高土壤氮肥吸收利用率和甜玉米可溶性糖含量,且甜玉米鲜苞产量与常规施氮水平相当,在氮肥减量增效的同时达到甜玉米稳产提质的效果,可作为推荐施肥方式进行推广应用.     

Effect of nitrogen application on nitrogen uptaking and utilization in ten different rice varieties

以10份干物质生产效率不同的水稻品种为材料,用土培盆栽试验研究4种不同施氮水平对水稻植株干物质积累量、氮素积累量和干物质生产效率的影响.结果表明:施氮提高了水稻干物质和氮素的积累,但不同基因型水稻品种对施氮的响应程度不同.随施氮水平的提高,不同基因型水稻植株氮含量、氮素积累量以及干物质积累量显著上升,但氮素干物质生产效率明显下降.植株氮素积累量与植株氮含量、干物质积累量呈极显著正相关,植株氮素干物质生产效率与植株氮含量、氮素积累量呈极显著负相关.种植不同基因型水稻品种的土壤氮素表观平衡间存在显著差异,此差异随施氮水平提高而更加明显.     

轮作体系下麦/油减量施氮与水稻氮肥运筹对作物产量和氮素吸收的影响

为了研究麦/油-稻轮作体系麦/油减量施氮与水稻氮肥运筹对作物产量、氮素吸收和氮肥偏生产力的影响,于2017—2018年开展麦-稻轮作和油-稻轮作的田间试验,在麦/油季设置常规施氮(小麦,N 150 kg·hm^-2;油菜,N 180 kg·hm^-2)、减量施氮(小麦,N 120 kg·hm^-2;油菜,N 150 kg·hm^-2)2个处理,在水稻季N 150 kg·hm^-2用量基础上设置3个运筹M1~M3,基肥、分蘖肥、穗肥的用量比分别为2∶2∶6、3∶3∶4和4∶4∶2。结果表明:在麦-稻轮作体系下,小麦季减量施氮小麦产量、地上部生物量和地上部氮素吸收量分别显著(P<0.05)降低15.36%、14.21%和17.14%,小麦氮肥偏生产力显著(P<0.05)增加5.79%。小麦季常规施肥处理下,M3运筹的水稻产量最高,而减量施氮处理下,M2运筹的水稻产量、地上部氮素吸收量和氮肥偏生产力最高。在油-稻轮作体系下,油菜季减量施氮显著(P<0.05)降低了油菜的产量和地上部氮素吸收量,降幅分别为14.28%和16.76%。无论油菜季减氮与否,M3运筹的水稻产量、地上部生物量和氮肥偏生产力均最高。     

土壤氮和肥料氮对烤烟总氮和烟碱积累的影响

采用^15N示踪的方法,研究了烟株打顶后肥料氮和土壤氮两种不同氮源对总氮和烟碱积累与分配的影响。结果表明,打顶后烟株不同部位总氮含量持续下降,烟碱含量持续上升,烟株总氮和烟碱积累量持续上升;到采收结束时,土壤氮和肥料氮分别占烟株氮素积累总量的63．57％和36．43％,由土壤氮和肥料氮合成的烟碱分别占烟株烟碱积累总量的68．22％和31．78％;烟株上部叶总氮和合成烟碱的氮素来源于土壤氮素最多,其次是根和茎,下部叶最低,但仍在52％以上;烟株吸收的氮素中,无论是土壤氮还是肥料氮,约有2／3分布在叶片,并在上部叶中分布最多,由土壤氮和肥料氮合成的烟碱约有3／4分布在叶片中,1／2以上分布在上部叶中。     

施氮量对不同基因型水稻品种氮素吸收利用的影响

以10份干物质生产效率不同的水稻品种为材料,用土培盆栽试验研究4种不同施氮水平对水稻植株干物质积累量、氮素积累量和干物质生产效率的影响。结果表明:施氮提高了水稻干物质和氮素的积累,但不同基因型水稻品种对施氮的响应程度不同。随施氮水平的提高,不同基因型水稻植株氮含量、氮素积累量以及干物质积累量显著上升,但氮素干物质生产效率明显下降。植株氮素积累量与植株氮含量、干物质积累量呈极显著正相关,植株氮素干物质生产效率与植株氮含量、氮素积累量呈极显著负相关。种植不同基因型水稻品种的土壤氮素表观平衡间存在显著差异,此差异随施氮水平提高而更加明显。